一種新型碗臂偏移測(cè)量?jī)x在哈大客運(yùn)專線的應(yīng)用

孔分生

(中鐵電氣化局集團(tuán)第三工程有限公司，河南新鄉(xiāng) 453000)

在以往普速鐵路接觸網(wǎng)施工中，測(cè)量腕臂偏移或吊弦位置通常有2種方法:(1)用經(jīng)緯儀測(cè)量，這樣能夠保證每個(gè)腕臂的偏移量都能達(dá)到驗(yàn)標(biāo)的要求。但是在使用過(guò)程中，儀器太過(guò)笨重，攜帶不方便，專業(yè)性較強(qiáng)，調(diào)整困難，而且測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng);(2)常規(guī)線墜法進(jìn)行測(cè)量，它具有快速測(cè)量，攜帶方便，操作步驟少等優(yōu)點(diǎn)，但是由于風(fēng)偏的影響和測(cè)量人的視覺(jué)誤差，腕臂偏移和吊弦安裝位置的誤差較大。為了克服以前碗臂偏移測(cè)量不準(zhǔn)確，速度慢，儀器攜帶不方便等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新型的碗臂偏移測(cè)量?jī)x，它具有體積小，質(zhì)量輕，快速測(cè)量到位，測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。而且在哈大鐵路客運(yùn)專線長(zhǎng)春—哈爾濱段碗臂偏移測(cè)量施工中得到了很好的應(yīng)用。

1 碗臂偏移測(cè)量?jī)x方案分析

受接觸網(wǎng)激光測(cè)量?jī)x的啟發(fā)，結(jié)合用經(jīng)緯儀測(cè)量碗臂偏移量精準(zhǔn)度高的優(yōu)點(diǎn)。如果能在鋼軌上安放用一束沿鐵路順線路方向水平移動(dòng)和垂直面內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)的激光束測(cè)量碗臂偏移值，將會(huì)取得很好的效果。碗臂偏移測(cè)量?jī)x器由底座和激光發(fā)射器構(gòu)成，根據(jù)鐵路施工的特點(diǎn)，儀器需具有以下功能:(1)儀器能固定在鋼軌上，質(zhì)量輕便、攜帶方便。(2)激光束跟經(jīng)緯儀的目鏡一樣，能夠在垂直面內(nèi)自由旋轉(zhuǎn);(3)發(fā)出的激光不能是一個(gè)點(diǎn)，應(yīng)該是一條直線，便于在碗臂和承力索上找到，且必須和軌面垂直;(4)激光發(fā)射器能夠沿鐵路順線路方向水平移動(dòng)，移動(dòng)距離能夠直接讀出。

2 參數(shù)選取

2.1 激光發(fā)射器選取

根據(jù)目前成熟的激光技術(shù)，在市場(chǎng)上就能找到適合碗臂偏移測(cè)量?jī)x需要的激光發(fā)射器，但激光發(fā)射器的功率，工作電壓，電池容量需滿足使用要求。(1)功率要求:儀器通常在白天工作，為了滿足白天強(qiáng)光下激光能夠清晰可見(jiàn)，激光發(fā)射器的功率需要大于100 mW;(2)工作電壓和電池容量要求:因滿足使用功能的激光發(fā)射器的功率不是很大，考慮到儀器質(zhì)量輕便，攜帶方便的工程要求，工作電壓選3 V，電池容量大于400 mA，2節(jié)1.5 V，容量為400 mA的充電電池即可滿足要求。圖1為市面采購(gòu)的激光發(fā)射器。激光發(fā)射器的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 激光發(fā)射器

表1 激光發(fā)射器的主要參數(shù)

該激光發(fā)射器發(fā)射出1條紅色一字形激光源，白天強(qiáng)光下可視距離能達(dá)到20 m，并帶有垂直旋轉(zhuǎn)支架。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，激光發(fā)射器白天在強(qiáng)光下能夠滿足方案的使用要求。

2.2 儀器底座設(shè)計(jì)

儀器底座的設(shè)計(jì)主要有底座材料的選取和底座的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。

2.2.1 底座材料

考慮要滿足腕臂偏移測(cè)量時(shí)對(duì)有絕緣軌縫的地方要求絕緣，儀器質(zhì)量輕便的要求，儀器底座采用可選用工程塑料板加工，工程塑料板也便于加工成各種外形尺寸和功能要求的底座。

2.2.2 底座的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

(1)腕臂偏移測(cè)量時(shí)儀器需扣在鋼軌上，根據(jù)客運(yùn)專線采用的60AT型鋼軌尺寸，底座需加工成寬大于73 mm，高大于50 mm的槽鋼形狀。

(2)腕臂偏移量計(jì)算公式

式中 E——腕臂偏移值;

α——承力索膨脹系數(shù);

L——定位點(diǎn)距離中心錨結(jié)的距離;

tx——腕臂偏移時(shí)測(cè)量實(shí)際溫度;

tp——設(shè)計(jì)平均溫度。

哈大鐵路客運(yùn)專線長(zhǎng)春—哈爾濱段設(shè)計(jì)溫度－40～80℃，平均溫度tp=20℃，承力索線索膨脹系數(shù)1.7×10－5，半錨段700 mm，可計(jì)算得最大腕臂偏移量S=550 mm。為了滿足在任何環(huán)境溫度下腕臂偏移量的測(cè)量，激光發(fā)射器在儀器上有效水平移動(dòng)距離應(yīng)大于550 mm。

(3)激光發(fā)射器需要底座上水平移動(dòng)，底座需要設(shè)計(jì)可調(diào)平的水平移動(dòng)滑道。

(4)激光發(fā)射器能夠在垂直面內(nèi)垂直旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)以上功能條件要求，經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了如圖2所示的腕臂偏移測(cè)距儀。

圖2 腕臂偏移測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)(單位:mm)

根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖，聯(lián)系廠家用工程塑料板加工了如圖3所示的腕臂偏移測(cè)量?jī)x。

圖3 腕臂偏移測(cè)量?jī)x

該儀器由在鋼軌上安放的可調(diào)平底座、刻度尺座、水準(zhǔn)泡和三維可調(diào)激光發(fā)射器支座等部件組成。具有體積小，質(zhì)量輕，快速測(cè)量到位，測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，是較理想的腕臂偏移測(cè)量?jī)x。

2.3 腕臂偏移測(cè)量?jī)x調(diào)試

由于材料都是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)行特殊定制采購(gòu)的，需要對(duì)組裝的激光測(cè)量?jī)x器進(jìn)行精度的調(diào)整測(cè)試，采用復(fù)測(cè)法進(jìn)行校核。

在試驗(yàn)廠房?jī)?nèi)設(shè)置調(diào)試平臺(tái)，調(diào)整激光測(cè)量?jī)x角度，保證激光發(fā)射器的軸線和測(cè)量點(diǎn)的軸線成一條直線。在底座上左右移動(dòng)激光測(cè)量?jī)x，復(fù)核激光發(fā)射器在測(cè)量點(diǎn)投影的偏移值。調(diào)整完畢，對(duì)底座和激光發(fā)射器進(jìn)行編號(hào)，對(duì)應(yīng)配套使用。經(jīng)過(guò)調(diào)整后的17臺(tái)激光測(cè)量?jī)x在20、10 m和7 m處的精度見(jiàn)表2。

表2 儀器精度偏差數(shù)據(jù) mm

哈大鐵路客運(yùn)專線承力索設(shè)計(jì)高度為6 900 mm，從以上儀器偏差數(shù)據(jù)表中可以看出，該儀器能夠確保碗臂偏移的質(zhì)量要求。

3 應(yīng)用情況

本套裝置在哈大鐵路客運(yùn)專線長(zhǎng)春—哈爾濱段的腕臂偏移測(cè)量和吊弦位置測(cè)量施工中得到了廣泛的應(yīng)用。測(cè)量碗臂偏移時(shí)，首先找出支柱中心在鋼軌上的大致位置，將儀器底座扣在鋼軌上，擰緊固定螺栓，并調(diào)節(jié)水平調(diào)整螺栓，將激光發(fā)射器上的水平氣泡調(diào)整到中間位置，打開(kāi)激光發(fā)射器開(kāi)關(guān)，移動(dòng)激光發(fā)射器，使激光束對(duì)準(zhǔn)腕臂底座中心，記下此時(shí)激光發(fā)射器在儀器底座上的刻度。根據(jù)腕臂偏移施工表中腕臂偏移方向和偏移量的大小，將激光發(fā)射器按照設(shè)計(jì)圖紙腕臂偏移量水平移動(dòng)到要求位置，旋轉(zhuǎn)激光頭，使激光束照在承力索上，此時(shí)，激光束在承力索上的位置就是腕臂中心的位置。可以快捷地測(cè)量碗臂偏移量，節(jié)約了勞動(dòng)時(shí)間，提高了工作效率，為哈大線的施工質(zhì)量提供有力保障。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，施工中使用該碗臂偏移測(cè)量?jī)x，可以輔助施工人員一次性將碗臂偏移量和吊弦安裝位置測(cè)量準(zhǔn)確，碗臂偏移的安裝到位為以后的彈性吊索安裝，吊弦安裝準(zhǔn)確提供了可靠的保證。吊弦的安裝到位，確保了接觸線的平直度。避免了在接觸網(wǎng)精調(diào)過(guò)程當(dāng)中碗臂偏移超標(biāo)和吊弦安裝不正造成而引起的接觸線高度超標(biāo)，減少了調(diào)整工作量，確保了施工質(zhì)量。

［1］于萬(wàn)聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2003(7):155-159.

［2］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.哈大鐵路客運(yùn)專線施網(wǎng)(通)—1002高速區(qū)段接觸網(wǎng)中間柱安裝圖［Z］.天津:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2008.

［3］俞寬新，等.激光原理與激光技術(shù)［M］.北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社，2003(1):77-79.

［4］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10758—2010 J1154—2011 高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2011.

［5］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)［2010］241 高速鐵路電力牽引供電工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.